开关稳压器的电感器下方是否应接地

开关稳压器的电感器下方是否应接地？

这是另一个“取决于”问题，因为它与设计中使用的电感器类型、线圈方向以及电感器的漏磁是否大到足以产生噪声问题有关。有不同类型的电感器具有不同的形状因数，这些电感器可以在开关稳压器的开关操作期间在元件周围产生不同的磁场分布。

尽管电感器及其磁性行为存在差异，但仍有一些通用原则可用于判断在开关稳压器电路中电感器附近放置接地的效果。我们将在本文中介绍其中的一些原则。

电感器如何在开关稳压器中耦合噪声

当电感器在电压调节器电路中以开关电流工作时，开关电流会产生磁场。这是麦克斯韦方程中描述的电磁学的基本事实。然后，时变磁场可以在附近的电路中感应出电动势。

让我们考虑一下下面3D视图中显示的绕线电感器。当开关电流流过线圈时，线圈会发出时变磁场。如果你回到你的物理课，你就会知道由开关电流产生的不断变化的磁场会在周围的导体中感应出涡流。

由于来自PWM驱动电路的开关电流，电感线圈产生的磁场。

L2上场线几乎垂直于接地层的区域将感应涡流。

不同类型的电感器在电感器磁芯周围会有不同的磁场分布。电感器磁芯的方向、用于构建电感器的材料以及电感器的类型（绕线、薄膜型、屏蔽等）也很重要。在上述情况下，我们有一个垂直定向的电感线圈。但是，如果该电感器被屏蔽，则由开关电流产生的磁场将大部分包含在电感器封装内。其他封装（如环形电感器）有助于将磁通量包含在缠绕线圈内。

切口仍会经历感应EMF和电流

如果您放置一个切口，仍然会在附近的平面层中产生EMF和产生的电流。在下面的示例中，如果我们假设磁场指向切口，则生成的电流回路将是顺时针方向，如下所示。

位于GND平面/多边形切口上方的电感器仍会在带有切口的层中产生涡流。

如果我们通过所有层切割这个地面，现在我们会遇到非常糟糕的情况，我们会在所有层上感应这些电流。它还允许磁场在PCB周围散发，而带有GND的外壳通常会屏蔽它。从EMC的角度来看，这是非常糟糕的。将地放在电感器下方会阻止该磁场通过电路板并可能干扰其他组件；我认为这是在电感器下方使用它的适当理由。

磁感应电流如何影响操作

上面的逻辑是，如果接地位于电感器下方，磁场将在下一层产生涡流。这些涡流会产生自己的磁场，与电感器的磁场相反。推理是电感器将具有较低的“等效”电感，因为开关电流产生的总磁场较低。如果你愿意，你也可以从电感线圈和平面之间的互感来考虑；这降低了系统的总电感。

假设的结果将是在其他电路中感应的噪声。然而，接地对内部层上的电路和布线提供了一些屏蔽，从而限制了表面层附近的噪声。无论您是否放置切口，涡流和噪声无论如何都会存在，因此您必须容忍电感器附近的电路中的一些噪声。由于更好的选择是屏蔽所有其他层中的这种噪声，因此我赞成电感器下方的接地。使接地更靠近电源调节器中的元件通常也是控制寄生效应的好主意。

概括

我们从上述讨论中得到了几个主要结果：

在电感下方放置接地会降低其有效电感；使地更靠近电感器会产生更大的电感降低

在电感下方放置接地有助于屏蔽内部/背层上的其他电路，使其免受直接来自电感磁芯的噪声的影响，但如果开关环路分布在叠层上，则要小心，因为这可能会在附近的走线上引起噪声

最后，可以公平地得出结论，如果您愿意由于相邻铜箔中存在涡流而牺牲一点电感，那么在开关稳压器PCB布局中将接地置于开关节点和电感器下方是没有问题的。更好的选择是将其与屏蔽电感器结合使用；您可以获得屏蔽接地的好处，并且电感器封装将更好地包含磁场。顶层噪声问题通过适当的布局和额外的屏蔽来解决，方法是将GND网络放置在靠近控制电路和任何敏感走线的位置。

就开关节点而言，可能存在一些争论，即在开关节点附近放置接地是否会导致过多的噪声耦合远离开关节点并进入接地。只要整流元件的电容足够大，阻抗最小的路径将通过整流元件，而不是通过电容耦合回到附近的接地层。在大多数情况下，这是整流MOSFET的终端电容。